材料研究与探讨 广东建材２０１２年第７期 Ｃ ８０混凝土的孔结构 及抗氯离子渗透性的研究 匡忠柱 （广东宏基管桩有限公司） 摘 要：以吸水动力学测孔法为基础，通过掺引气剂来改变混凝土的孔结构，探讨了Ｃ８０混凝土在 自然养护和压蒸养护下的孔结构、力学性能及抗氯离子渗透性。 关键词：Ｃ８０混凝土；孔结构参数；抗氯离子渗透性 未来十年是我国政治经济军事发展的最佳窗口，走 向海洋是必然，相应的海洋工程如跨海大桥、人工岛等 也将增加。由氯离子引起的钢筋锈蚀是导致沿海工程混 凝土结构破坏的主要原因，因此混凝土的耐久性如抗氯 式中： ｔ——试件浸水时间； Ｗ ——ｔ时刻混凝土的重量吸水率： Ｗ —一混凝土的最大重量吸水率，通常Ｗ 取２４ 离子渗透性早已引起大家的高度重视。混凝土的抗氯离 小时的吸水率即Ｗ孔； 子渗透性与孔结构是密切联系的，改善混凝土孔结构便 毛细管平均尺寸参数，代表毛细孔的某个 ——能在一定程度上提高抗氯离子渗透性。 平均孔径，其值越大表明材料的平均孔径越大； ａ——毛细孔尺寸均匀性参数，反映了毛细孔孔径 的均匀性，ｏ值波动范围为０＜ａ≤１，其值越大则均匀 １表征孔结构的微分参数 混凝土的孔结构特征对混凝土材料的抗渗性、抗冻 性、抗腐蚀性等物理性能和抗压、抗折等力学性能有着 性越好，对于单毛细孔材料ｏ：１。将经过处理的试件浸 水ｌ小时即ｔ＝ｌ时，可测得ｗ ，代入上式可求得 ；浸 水０．２５小时即ｔ＝Ｏ．２５时，结合前面的可求得Ｑ。 直接而显著的影响。孔结构特征可用积分参数和微分参 数来表征，积分参数包括总孔隙率、显孔隙率等，微分参 数包括孔的平均半径、不同孔径的体积分布、孔的形状 等。国外学者对积分参数研究得很透彻，有学者通过采 用一定时段的吸水量来评价混凝土的孔隙率。然而，我 国学者通过大量研究指出：这种吸水率指标是积分参数 的表现，未包括孔径大小以及均匀性等微分参数。有研 究表明：孔径大小及均匀性等微分参数对混凝土强度、 ２影响孔结构的两个重要因素 目前，改善混凝土孔结构的主要途径是掺引气剂。 优质引气剂会引入大量分布均匀的圆形封闭微细气孔， 能减少有害孔、改善孔结构、切断腐蚀介质侵入混凝土 的通路。其滚珠作用可改善新拌混凝土的工作性，另外， 引气剂在混凝土中引入大量微小的独立分布的气泡，这 抗渗性及其他耐久性的影响比积分参数更大。 测定混凝土孔结构的试验方法很多，本文是有关 些气泡对膨胀应力可以起缓冲作用，对冻胀、盐类结晶 等引起的膨胀应力起到缓冲。同时，引气剂存在的突出 Ｃ８０管桩混凝土的孔结构及抗氯离子渗透性的研究，高 性能混凝土的微观组织结构在很大程度上已经不完全 同于普通混凝土，为测其微分参数，选用吸水动力学法 测定混凝土的孔结构。该方法以毛细现象为基础，可测 问题是气泡会降低混凝土的强度，通常情况下含气量每 增加１％，抗压强度约降低３％～５％，当含气量＞４％时更明 显。 养护制度是影响混凝土孔结构的另一重要因素。新 拌混凝土中有大量均匀分布的毛细孔，其中充满水能使 水泥颗粒进一步进行水化作用，使大孔变成小孔增加混 量积分参数和微分参数，这里主要讨论微分参数。另外， 该方法对参数变化较敏感，能够得出可靠的结论，而且 测试设备简单、操作容易。 凝土的密实度。环境干燥多风时，毛细孔水的蒸发使混 混凝土是一种多毛细孔材料，其吸水曲线可近似用 凝土中的水泥颗粒因缺水而停止水化，另外，毛细管引 下式来描述： 力使得混凝土收缩，产生的拉应力使混凝土易开裂；低 Ｔ１。ｔ、 ｗｔ１ｗ Ｌ１－ｅ ／ 温时混凝土中水化反应发生缓慢，提高温度会加快水化 一８一 广东建材２０１２年第７期 材料研究与探讨 反应，有利于早期强度的发展。因此，温湿度是混凝士硬 毛细孔孔径的均匀性变差，更有可能形成联通孔道。两 化的前提条件，所以混凝土制品厂常采用水热养护来提 个参数的综合效应可从电通量明显地反映出来，反之， 高构件的早期强度，常见的水热养护有蒸汽养护、压蒸 根据电通量便可推断出影响其规律发展的主要因素。对比表中的尺寸参数我们可发现，压蒸养护有利于 养护等。 降低毛细管平均尺寸，也使得毛细孔孔径的均匀性变 ３抗氯离子渗透性的评价方法 差。这是因为标养下水泥水化相对较慢，初期生成的水 氯离子侵入混凝土的方式主要有毛细管作用、渗透 化产物较少，当毛细４Ｌｑ＇的水分向外迁移时便留下ＴＴＬ 作用、扩散作用、电化学迁移等，总之，“外界渗入”是氯 道，加上水化产物来不及堵塞，使得孔道逐渐变大；在高 离子进入混凝士的主要方式，通常渗入氯盐量达混凝土 温高压蒸汽养护下，水泥水化程度较大，毛细孔中的水 质量的０．１％～０．２％时即能引起钢筋锈蚀。基本上所有 的测试均以混凝土抗氯离子渗透性作为重要的技术指 标，众多方法中，通过测量混凝土的电通量来评价混凝 土的抗氯离子渗透性较为直观迅速，通常对氯离子渗透 性划分如下：高级（氯离子迁移电量＞４０００Ｃ）、中级（氯 离子迁移电量２０００￣４０００Ｃ）、低级（氯离子迁移电量 １０００￣２０００Ｃ）、非常低级（氯离子迁移电量１００～ １０００Ｃ）和可忽略级（氯离子迁移电量＜ＩＯＯＣ）。 ４试验数据及分析 试验所用的原材料各项技术指标均合格，引气剂来 自江苏博特新材料有限公司，配比选用广东宏基管桩有 限公司的实际生产配比，养护制度为标养２８ｄ、压蒸养 护。表１为混凝土试件经标准养护２８ｄ后所测得的各项 性能数据，表２为混凝土试件经压蒸养护后所测得的各 项性能数据。 表１标养２８ｄ 配方 引气剂掺量 含气量 九 ０ 电通量 抗压强度 ／％ ／％ ／Ｃ ／ＭＰａ ｌ Ｏ １．１ ０．３６ ０．９２ １０４９ ８３．７ ２ Ｏ．Ｏ１ １．６ ０．７９ Ｏ．７１ １６９７ ７６．９ ｌ３ Ｏ．Ｏ２ ２．７ Ｏ．８７ ０．６９ １７４６ ７１．５ ｌ４ ０．Ｏ３ ３．３ Ｏ．９４ ０．６３ １９０８ ７Ｏ．１ 表２压蒸养护 配方 引气剂掺量 含气量 入 Ｑ 电通量 抗压强度 ／％ ／％ ／Ｃ ／ＭＰａ １ Ｏ １．１ ０．３２ Ｏ．８６ １３９３ ８９．３ ２ Ｏ．Ｏｌ １．６ Ｏ．７１ Ｏ．５５ ２８３６ ７９．２ ３ Ｏ．０２ ２．７ Ｏ．６９ ０．４９ ４００６ ６７．４ ４ Ｏ．Ｏ３ ３．３ ０．７６ ０．４ｌ ４３８２ ６１．７ 综合两表可看出，随着引气剂掺量增大而增大的指 标有：混凝土含气量、毛细管平均尺寸参数、电通量，随 着引气剂掺量增大而减小的指标有：毛细孔尺寸均匀性 参数、抗压强度。毛细管平均尺寸参数的增大反映了混 凝土中孔的平均半径随之增大，这意味着有害孔大量出 现的几率也增加；毛细孔尺Ｉｊ‘均匀性参数的减小反映了 分不易向外迁移，同时生成的水化产物能迅速堵塞混凝 土中的毛细孔，从而促进了毛细孔孔径的细化，降低了 毛细管平均尺寸。另外，在压蒸养护下混凝土内部初期 水化速度快、程度激烈，这使得水泥石中的大量水化产 物分布不均匀，从而导致整体均匀性下降；而在标养下 水化产物有足够的时间来填充水泥石中不规则的空隙 和孔洞，使整体趋向稳定，增加了均匀性。 从表２可知，虽然压蒸养护下的尺寸参数好于标 养，但均匀性参数比标养差，测得的电通量明显大于表 １即抗氯离子渗透性比标养差，这说明均匀性参数在影 响混凝士电通量的因素中占主导地位，也即Ｃ８０管桩混 凝土的抗氯离子渗透性主要受毛细孔孔径的均匀性参 数影响，提高毛细ＴＬＴＬ径的均匀性便能提高混凝土的抗 氯离子渗透性。于是考虑掺入引气剂，但不论哪种养护 制度，掺入引气剂均会造成Ｃ８０管桩混凝土强度上的巨 大损失，抗压强度是ＰＨＣ管桩的重要性能指标之一，因 此，在缺乏大量试验的情况下管桩厂对引气剂的引入须 慎重。 另外还可发现：当含气量较小时，表２的抗压强度 高于表１，尺寸参数对强度的影响占主导；当含气量较 大时，表ｌ的抗压强度高于表２，均匀性参数对强度的 影响占主导。鉴于抗压强度主要受总孔隙率即受积分参 数的影响本文不作讨论。 ５结束语 一般可通过选用合理原材料、提高混凝土密实度、 加入掺和料、确保保护层厚度、加防腐阻锈抗渗剂、使用 涂层钢筋等方法来提高混凝土的抗氯离子渗透性，在此 基础上可寻找其他途径，对Ｃ８０混凝土孔结构的研究正 足以此为出发点而进行的一一次尝试，这对以后的探索会 有启发作用。● 【参考文献】 ［１］陈建中，用吸水动力学法测定混凝上的孔结构参数 ［２］《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（ＧＢ／Ｔ ５００８２—２００９） ——９——